L'induction de mésenchymateuses-épithélial Transitions dans les cellules Sarcome
Summary
Nous présentons ici une méthode de culture cellulaire pour induire des transitions mésenchymateuses-épithéliale (MET) dans les cellules de sarcome basées sur l'expression ectopique combinée de microARN-200 membres de la famille et comme grainyhead 2 (GRHL2). Cette méthode est adaptée pour mieux comprendre l'impact biologique de la plasticité phénotypique sur l'agressivité du cancer et des traitements.
Abstract
La plasticité phénotypique se réfère à un phénomène dans lequel les cellules acquièrent transitoirement les traits d'une autre lignée. Au cours de la progression du cancer, la plasticité phénotypique conduit l'invasion, la diffusion et les métastases. En effet, alors que la plupart des études de la plasticité phénotypique ont été dans le contexte des cancers épithéliaux, il se trouve sarcomes, qui sont mésenchymateuses d'origine, présentent également la plasticité phénotypique, avec un sous-ensemble de sarcomes subissant un phénomène qui ressemble à un mesenchymal- transition épithéliale (MET). Ici, nous avons développé un procédé comprenant le miR-200 et la famille grainyhead-like 2 (GRHL2) pour simuler ce phénomène MET-comme observé chez les patients du sarcome samples.We expriment séquentiellement GRHL2 et la famille miR-200 en utilisant la transduction et de transfection cellulaire, respectivement , pour mieux comprendre les fondements moléculaires de ces transitions phénotypiques dans les cellules de sarcome. les cellules exprimant Sarcome miR-200s et GRHL2 ont démontré une meilleure épithéliale caractéristique etics dans la morphologie des cellules et l'altération des marqueurs biologiques épithéliales et mésenchymateuses. Les études futures utilisant ces méthodes peuvent être utilisées pour mieux comprendre les conséquences phénotypiques des processus MET-comme sur les cellules de sarcomes, tels que la migration, l'invasion, la propension métastatique, et une résistance au traitement.
Introduction
plasticité phénotypique se réfère à une transition réversible entre les phénotypes cellulaires, et est généralement divisé en deux types, les transitions épithéliale-mésenchymateuse (EMT) et les transitions mésenchymateuses-à-épithéliale (MET). Cette plasticité phénotypique joue un rôle important dans les processus normaux d'organismes multicellulaires, tels que le développement et la cicatrisation des plaies 1; cependant, ces mêmes voies et les programmes d'expression génique peuvent également conduire à des maladies, telles que la fibrose (revue dans 2, 3, 4) et les métastases de carcinome (revue dans les références 5, 6, 7, 8). Au cours de métastases, par exemple, EMT perturbe la polarité cellulaire, les interactions entre cellules et favorise l' invasion 9, 10. Ensemble, EMT contribuents à un état phénotypiques qui facilite la diffusion des cellules cancéreuses. En outre, EMT conduit également à une foule d'autres modifications phénotypiques qui entraînent un phénotype agressif, y compris la dérégulation du métabolisme des cellules cancéreuses 6, le développement de la résistance aux médicaments 11, 12, une augmentation de la capacité d'initiation de la tumeur 13, 14 et l' hôte évasion immunitaire 15.
La plasticité phénotypique a été bien étudiée dans la progression du cancer; cependant, les sarcomes présentent également la plasticité phénotypique. Fait intéressant, il semble que certains des mêmes facteurs de plasticité phénotypique dans les cancers contribuent également à la plasticité du sarcome et l'agressivité. Par exemple, les cellules tumorales circulantes (CTC) provenant de patients atteints de sarcome ont été montrés pour exprimer EpCAM, une protéine de surface cellulaire qui se trouve généralement sur les cellules epitheliales 16. Addinellement, 250 échantillons de sarcomes des tissus mous ont été classés comme epithelial ou mésenchymateuses comme basé sur l'expression des gènes. Les patients dans la signature des marqueurs biologiques epithelial avaient un meilleur pronostic que les patients avec la signature de marqueurs biologiques mésenchymateuses comme 17. Ceci est en accord avec de nombreux cancers, où les patients ayant plus carcinomes epithelial ont de meilleurs résultats par rapport aux patients avec plus de tumeurs mésenchymateuses comme 18.
Alors que certains sarcomes affichent des biomarqueurs et des voies d'expression des gènes compatibles avec MET, restent mal compris les fondements moléculaires de cette plasticité phénotypique. Pour étudier les mécanismes et les conducteurs de MET sarcomes, nous avons développé un modèle d'induction MET en utilisant deux facteurs spécifiques à l'épithélium, la microARN (miR) -200 famille et comme grainyhead 2 (GRHL2). Les miR-200 sont une famille de petits ARN non codants qui régulent l'expression des gènes en se liant à la 3' UTR de MessenGer ARN et en empêchant la traduction en protéine. La famille miR-200 se compose de deux sous-groupes – contenant une miR-141 et miR-200a, et l'autre comprenant miR-200b, miR-200c, et miR-429. Les membres de la famille miR-200 sont enrichis dans les tissus épithéliaux, et la perte de miR-200s est associée à des métastases dans les cancers 19. La famille miR-200 est également downregulated dans les sarcomes des tissus mous par rapport aux tissus normaux 20. Tout comme les miR-200s, GRHL2 est un régulateur clé qui est important pour le développement de l' épithélium 21. Le facteur de transcription GRHL2 agit de deux manières de réguler à la hausse des gènes épithéliaux, tels que la E-cadhérine: 1) Dans les cellules epitheliales, GRHL2 refoule directement le régulateur maître EMT, ZEB1 22; et 2) GRHL2 active directement la transcription de gènes 23 epitheliales. Nos enquêtes précédentes ont montré que l'expression combinée de miR-200s et GRHL2 dans les cellules de sarcomeinduit un phénotype de type 24 MET. Nous présentons ici un protocole détaillé pour créer un modèle in vitro d'induction MET dans les cellules de sarcome en utilisant l' expression ectopique de miR-200s et GRHL2.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les sarcomes sont des cancers rares, mais très agressifs d'une lignée mésenchymateuses. En dépit de leur lignée mésenchymateuses, un sous-ensemble de sarcomes semble subir une transition phénotypiques à un état plus de type épithélial. Ce commutateur MET semblable a un intérêt pronostique, comme les patients ayant plus de tumeurs épithéliales ressemblant sont moins agressifs 24. En dépit de leur pertinence clinique, il existe peu d'études portant sur les mécanismes molé…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
JAS reconnaît le soutien du Duke Cancer Institute, l'Université d'oncologie génito Laboratoire Duke, et le duc département de chirurgie orthopédique de l'Université. HL a été soutenu par la National Science Foundation (NSF) Centre de Biophysique théorique (NSF PHY-1427654) et NSF DMS-1361411, et comme CPRIT (Institut de prévention et de recherche sur le cancer du Texas) Scholar en recherche sur le cancer de l'État du Texas à l'Université Rice. KEW a été soutenu par le NIH F32 CA192630 MKJ et HL a bénéficié de discussions utiles avec Mary C. Farach-Carson, JN Onuchic, Samir M. Hanash, Kenneth J. Pienta et Donald S. Coffey.
Materials
| Countess automated counter | Life technologies | AMQAX1000 | |
| Countess cell counting chamber slides | Invitrogen | C10283 | |
| SimpliAmp Thermal Cycler | Thermo Fisher | A24811 | |
| Odyssey Fc | LI-COR Inc | ||
| ViiA7 Real Time PCR System | Thermo Fisher | 4453536 | |
| PCR microplate | Corning | 321-29-051 | |
| KAPA SYBR Fast Universal qPCR Kit | KAPA Biosystems | KK4602 | |
| Starting Block (PBS) Blocking Buffer | Thermo Fisher | 37538 | BSA-based blocking buffer |
| Agarose General Purpose LE | Genesee Scientific | 20-102 | |
| 10X Tris/Glycine/SDS Buffer | Bio-Rad Laboratories Inc | 161-0732 | Running buffer |
| 10X Tris/Glycine Buffer | Bio-Rad Laboratories Inc | 161-0734 | Transfer buffer |
| RIPA Buffer | Sigma Life Sciences | SLBG8489 | |
| Amersham Protran 0.45 μm nitrocellulose | GE Healthcare Lifesciences | 10600012 | |
| Quick-RNA MiniPrep Kit | Genesee Scientific | 11-358 | |
| Laemmli Sample Buffer (4X) | Bio-Rad Laboratories Inc | 1610747 | |
| Mini Trans-Blot Cell | Bio-Rad Laboratories Inc | 1703930 | |
| Mini-Protean Tetra Cell | Bio-Rad Laboratories Inc | 1658005EDU | |
| DPBS | Life technologies | 14190-144 | |
| 0.05% Trypsin-EDTA | Life technologies | 11995-065 | |
| DMEM | Life technologies | 11995-065 | |
| Lipofectamine RNAi Max | Thermo Fisher | 13778150 | |
| Lipofectamine 2000 Ragents | Thermo Fisher | 11668019 | |
| Penicillin Streptomycin | Life technologies | 15140-122 | |
| miRVana miRNA mimic negative control #1 | Thermo Fisher | 4464058 | neg miRNA |
| hsa-miR-200 mirVana miRNA mimic | Thermo Fisher | 4464066 | miR200A |
| has-miR-200 mirVana miRNA mimic | Thermo Fisher | 4404066 | miR200B |
| has-miR-200 mirVana miRNA mimic | Thermo Fisher | 4404066 | miR200C |
| Opti-MEM | Life technologies | 11088-021 | serum-free media |
| anti-Ecadherin antibody | BD Bioscience | 610182 | |
| anti-beta actin | Santa Cruz Biotechnology | sc-69879 | |
| anti-EpCam | Ab Serotec | MCA18706 | |
| anti-ZO1 | Invitrogen | 402200 | |
| IRDye 800W | LI-COR Inc | 925-32210 | |
| IRDye 680 | LI-COR Inc | 926-32223 | |
| anti-mouse AlexaFluor 647 | Thermo Fisher | A211241 | |
| anti-rabbit AlexaFluor 647 | Thermo Fisher | ab150075 | |
| Halt Protease and Phosphatesse Inhibitor | Thermo Fisher | 1861281 | |
| Precision Plus Protein Dual Color | Bio-Rad Laboratories Inc | 161-0374 | |
| Partec CellTrics | Sysmex | 04-004-2326 | 30 μm filter for flow |
| GAPDH-F | IDT | AGCCACATCGCTCAGACAC | |
| GAPDH-R | IDT | GCCCAATACGACCAAATCC | |
| Ecadherin-F | IDT | TGGAGGAATTCTTGCTTTGC | |
| Ecadherin-R | IDT | CGCTCTCCTCCGAAGAAAC | |
| ZEB1-F | IDT | GCATACAGAACCCAACTTGAACGTC | |
| ZEB1-R | IDT | CGATTACACCCAGACTGC | |
| NOTCH-F | IDT | GGCAATCCGAGGACTATGAG | |
| NOTCH-R | IDT | CTCAGAACGCACTCGTTGAT | |
| nitro blue tetrazolium | Sigma | N5514 | |
| hexadimethrine bromide | Sigma | H9268 | polybrene |
| 3 mL syringe | BD Bioscience | 309657 | |
| Sterile syringe filter | VWR | 28145-505 | |
| 5mL polypropylene round-bottom tube | 352063 | flow cytometry tubes | |
| High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Thermo Fisher | 4368814 | reverse transcription kit |
| 4% paraformaldyhyde | Santa Cruz Biotechnology | sc-281612 | |
| Triton-X100 | Sigma | 93443 | |
| bovine serum albumin | Sigma | A7906 |
References
- Weber, C. E., Li, N. Y., Wai, P. Y., Kuo, P. C. Epithelial-mesenchymal transition, TGF-beta, and osteopontin in wound healing and tissue remodeling after injury. J Burn Care Res. 33 (3), 311-318 (2012).
- Galichon, P., Finianos, S., Hertig, A. EMT-MET in renal disease: should we curb our enthusiasm. Cancer Lett. 341 (1), 24-29 (2013).
- Carew, R. M., Wang, B., Kantharidis, P. The role of EMT in renal fibrosis. Cell Tissue Res. 347 (1), 103-116 (2012).
- Willis, B. C., Borok, Z. TGF-beta-induced EMT: mechanisms and implications for fibrotic lung disease. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 293 (3), L525-L534 (2007).
- Ye, X., Weinberg, R. A. Epithelial-Mesenchymal Plasticity: A Central Regulator of Cancer Progression. Trends Cell Biol. 25 (11), 675-686 (2015).
- Li, L., Li, W. Epithelial-mesenchymal transition in human cancer: comprehensive reprogramming of metabolism, epigenetics, and differentiation. Pharmacol Ther. 150, 33-46 (2015).
- Tsai, J. H., Yang, J. Epithelial-mesenchymal plasticity in carcinoma metastasis. Genes Dev. 27 (20), 2192-2206 (2013).
- Bitting, R. L., Schaeffer, D., Somarelli, J. A., Garcia-Blanco, M. A., Armstrong, A. J. The role of epithelial plasticity in prostate cancer dissemination and treatment resistance. Cancer Metastasis Rev. 33 (2-3), 441-468 (2014).
- Schaeffer, D., Somarelli, J. A., Hanna, G., Palmer, G. M., Garcia-Blanco, M. A. Cellular Migration and Invasion Uncoupled: Increased Migration Is Not an Inexorable Consequence of Epithelial-to-Mesenchymal Transition. Mol Cell Biol. 34 (18), 3486-3499 (2014).
- Mathow, D., et al. Zeb1 affects epithelial cell adhesion by diverting glycosphingolipid metabolism. EMBO Rep. 16 (3), 321-331 (2015).
- Ware, K. E., et al. A mechanism of resistance to gefitinib mediated by cellular reprogramming and the acquisition of an FGF2-FGFR1 autocrine growth loop. Oncogenesis. 2, e39 (2013).
- Yauch, R. L., et al. Epithelial versus mesenchymal phenotype determines in vitro sensitivity and predicts clinical activity of erlotinib in lung cancer patients. Clin Cancer Res. 11 (24 Pt 1), 8686-8698 (2005).
- Jolly, M. K., et al. Towards elucidating the connection between epithelial-mesenchymal transitions and stemness. J R Soc Interface. 11 (101), 20140962 (2014).
- Mani, S. A., et al. The epithelial-mesenchymal transition generates cells with properties of stem cells. Cell. 133 (4), 704-715 (2008).
- Chen, L., et al. Metastasis is regulated via microRNA-200/ZEB1 axis control of tumour cell PD-L1 expression and intratumoral immunosuppression. Nat Commun. 5, 5241 (2014).
- Nicolazzo, C., Gradilone, A. Significance of circulating tumor cells in soft tissue sarcoma. Anal Cell Pathol (Amst). , 697395 (2015).
- Somarelli, J. A., et al. Mesenchymal-epithelial transition in sarcomas is controlled by the combinatorial expression of miR-200s and GRHL2. Mol Cell Biol. , (2016).
- Bae, Y. K., Choi, J. E., Kang, S. H., Lee, S. J. Epithelial-Mesenchymal Transition Phenotype Is Associated with Clinicopathological Factors That Indicate Aggressive Biological Behavior and Poor Clinical Outcomes in Invasive Breast Cancer. J Breast Cancer. 18 (3), 256-263 (2015).
- Humphries, B., Yang, C. The microRNA-200 family: small molecules with novel roles in cancer development, progression and therapy. Oncotarget. 6 (9), 6472-6498 (2015).
- Renner, M., et al. MicroRNA profiling of primary high-grade soft tissue sarcomas. Genes Chromosomes Cancer. 51 (11), 982-996 (2012).
- Petrof, G., et al. Mutations in GRHL2 result in an autosomal-recessive ectodermal Dysplasia syndrome. Am J Hum Genet. 95 (3), 308-314 (2014).
- Werner, S., et al. Dual roles of the transcription factor grainyhead-like 2 (GRHL2) in breast cancer. J Biol Chem. 288 (32), 22993-23008 (2013).
- Werth, M., et al. The transcription factor grainyhead-like 2 regulates the molecular composition of the epithelial apical junctional complex. Development. 137 (22), 3835-3845 (2010).
- Somarelli, J. A., et al. Mesenchymal-Epithelial Transition in Sarcomas Is Controlled by the Combinatorial Expression of MicroRNA 200s and GRHL2. Mol Cell Biol. 36 (19), 2503-2513 (2016).
- Varma, S., et al. The transcription factors Grainyhead-like 2 and NK2-homeobox 1 form a regulatory loop that coordinates lung epithelial cell morphogenesis and differentiation. J Biol Chem. 287 (44), 37282-37295 (2012).
- Pruitt, S. C., Mielnicki, L. M., Stewart, C. C. Analysis of fluorescent protein expressing cells by flow cytometry. Methods Mol Biol. 263, 239-258 (2004).
- Zhao, Z., et al. A high-content morphological screen identifies novel microRNAs that regulate neuroblastoma cell differentiation. Oncotarget. 5 (9), 2499-2512 (2014).
- Borowicz, S., et al. The soft agar colony formation assay. J Vis Exp. (92), e51998 (2014).
- Yang, J., et al. Integrated proteomics and genomics analysis reveals a novel mesenchymal to epithelial reverting transition in leiomyosarcoma through regulation of slug. Mol Cell Proteomics. 9 (11), 2405-2413 (2010).
- Alba-Castellon, L., et al. Snail1 expression is required for sarcomagenesis. Neoplasia. 16 (5), 413-421 (2014).
- Takaishi, M., Tarutani, M., Takeda, J., Sano, S. Mesenchymal to Epithelial Transition Induced by Reprogramming Factors Attenuates the Malignancy of Cancer Cells. PLoS One. 11 (6), e0156904 (2016).
